La spettrometria è una tecnica analitica fondamentale nella ricerca e nell’industria, ma spesso genera confusione, soprattutto quando si parla di spettrometria di massa e spettrometria ottica. Si tratta infatti di due metodologie molto diffuse, ma basate su principi fisici differenti.
Esistono inoltre altre forme di spettrometria — come la spettrometria atomica, la spettrometria nucleare e la spettrometria a raggi X — che hanno applicazioni radicalmente diverse. In questo articolo facciamo chiarezza, confrontando spettrometria di massa e spettrometria ottica, per arrivare a un focus finale sulla spettrometria a emissione ottica (OES), settore in cui GNR è un punto di riferimento internazionale.
Cos’è la spettrometria di massa e come funziona
La spettrometria di massa (MS) è una tecnica che misura il rapporto massa/carica (m/z) degli ioni prodotti da una sostanza. Il campione viene ionizzato, e le particelle generate vengono accelerate in un campo elettrico o magnetico. In base alla massa e alla carica, percorrono traiettorie diverse e raggiungono il rivelatore in tempi differenti.
Questa caratteristica permette di ottenere una vera e propria impronta digitale della sostanza analizzata.
Principali applicazioni della spettrometria di massa – con esempi pratici:
- Identificazione di composti chimici complessi: ad esempio, rilevamento di pesticidi in tracce nei prodotti agricoli.
- Analisi strutturale di molecole biologiche: come la caratterizzazione delle proteine in ricerca biomedica.
- Proteomica e metabolomica: studi avanzati per individuare biomarcatori di malattie neurodegenerative.
- Analisi ambientali e farmaceutiche: controllo della purezza dei farmaci o monitoraggio di microinquinanti nell’acqua.
Varianti diffuse: MALDI-TOF, ESI, ICP-MS, GC-MS, LC-MS.
Cos’è la spettrometria ottica e come funziona
La spettrometria ottica si basa sull’interazione tra luce e materia. Ogni sostanza assorbe, trasmette o emette radiazioni luminose in maniera caratteristica, creando un profilo spettrale che permette di identificarla e quantificarla.
Principali tecniche di spettrometria ottica:
- UV-Vis: misura l’assorbimento della luce ultravioletta e visibile;
- IR (infrarosso): individua gruppi funzionali tramite l’assorbimento di radiazioni IR;
- Raman: analizza la diffusione anelastica della luce per caratterizzare materiali e molecole;
- OES (Optical Emission Spectrometry): misura la radiazione emessa dagli atomi eccitati in una sorgente ad alta energia.
Chi utilizza la spettrometria ottica?
Questa tecnologia è acquistata e utilizzata da un ampio spettro di clienti, tra cui:
- Fonderie e acciaierie, che devono controllare la composizione delle leghe;
- Aziende automotive e aerospaziali, che richiedono certificazioni sui materiali metallici ad alte prestazioni;
- Laboratori indipendenti e università, per ricerca e analisi;
- Industrie energetiche, che analizzano materiali per nucleare ed energie rinnovabili.
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Principi e caratteristiche
La spettrometria a emissione ottica (OES) è oggi la tecnica di riferimento per l’analisi elementare dei metalli. Il campione viene introdotto in una sorgente ad alta energia (plasma ICP, arco o scintilla), dove gli atomi vengono eccitati ed emettono luce a lunghezze d’onda caratteristiche.
Analizzando questa emissione, lo spettrometro è in grado di determinare in modo rapido e preciso la composizione elementare del campione.
Evoluzione della OES
Inventata agli inizi del Novecento per l’analisi degli acciai, la OES si è evoluta enormemente: dalle prime apparecchiature a scarica elettrica, ingombranti e limitate, fino agli strumenti moderni, dotati di ottiche ad alta risoluzione, software avanzati e sistemi compatti. Oggi permette analisi multielementari in pochi secondi, con risultati affidabili anche in condizioni industriali difficili.
Vantaggi principali della spettrometria a emissione ottica:
- analisi rapide e multielementari;
- ampio intervallo di concentrazioni (dal livello di tracce a percentuali elevate);
- affidabilità e robustezza anche in ambienti produttivi intensivi;
- possibilità di integrazione in linee di produzione per il controllo in tempo reale.
Le principali applicazioni
La spettrometria ottica è una tecnologia trasversale, con applicazioni in diversi settori:
- Metalli
- Analisi chimica delle leghe metalliche.
- Controllo di produzione nelle fonderie, nell’industria della lavorazione dei metalli, nell’industria meccanica.
- Identificazione positiva dei materiali (PMI, Positive Material Identification).
- Controllo qualità metalli, sia ferrosi che non ferrosi (es. leghe di ferro, acciaio, alluminio, rame, nichel, titanio, zinco, stagno, magnesio, piombo, etc.)
- Industria chimica e petrolchimica
- Monitoraggio della composizione chimica in processi chimici o petrolchimici.
- Scienza dei materiali
- Sviluppo e caratterizzazione di leghe, studio dei materiali in laboratorio.
- Analisi multi-matrice, valutazione della purezza, presenza di impurità.
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Le soluzioni GNR
GNR è un’azienda leader internazionale con oltre 40 anni di esperienza nello sviluppo di spettrometri a emissione ottica. Le sue soluzioni garantiscono precisione, velocità e affidabilità, supportando fonderie, acciaierie, aziende meccaniche e laboratori di ricerca.
Modelli di punta della gamma GNR:
- S3 Minilab 300 – spettrometro compatto e versatile, perfetto per analisi rapide.
- S7 Metal Lab – progettato per analisi multielementari ad alte prestazioni.
- S6 Sirius 500 – spettrometro di nuova generazione, con massima precisione e stabilità.
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GNR tra i grandi player internazionali
Il mercato della spettrometria a emissione ottica vede la presenza di grandi player internazionali come Thermo Fisher Scientific, Bruker, Spectro (AMETEK) e Hitachi High-Tech. In questo contesto, GNR si distingue come realtà europea di eccellenza, riconosciuta a livello mondiale per la qualità dei suoi strumenti e per la capacità di fornire soluzioni su misura per l’industria metallurgica e dei materiali.
FAQ
La spettrometria di massa (MS) misura il rapporto massa/carica degli ioni prodotti da un campione e permette un’analisi molto precisa anche di composti organici complessi. È utilizzata in ambito biomedico, farmaceutico, ambientale.
La spettrometria a emissione ottica (OES) invece eccita gli atomi presenti in un campione metallico con una scarica elettrica: ogni elemento emette una luce caratteristica che viene letta dallo spettrometro. È lo strumento più diffuso nell’analisi dei metalli e delle leghe (acciai, alluminio, rame, titanio, ecc.), in particolare per il controllo qualità industriale.
Industria metallurgica e meccanica: controllo qualità in fonderie e acciaierie, identificazione positiva dei materiali (PMI), verifica di acciai e leghe leggere.
Scienza dei materiali: sviluppo e caratterizzazione di nuove leghe, ricerca e laboratori di controllo.
Industria chimica e petrolchimica: monitoraggio di processi e contaminanti.
Analisi ambientali e cliniche: rilevamento di tracce metalliche in fluidi (oli, lubrificanti, refrigeranti).
Analisi sul campo: grazie a strumenti portatili, si può fare identificazione delle leghe direttamente in produzione o nei magazzini.
Lo spettrometro di massa frammenta e ionizza le molecole del campione. Gli ioni prodotti vengono separati in base al loro rapporto massa/carica (m/z) all’interno di un analizzatore (ad esempio quadrupolo, tempo di volo, trappola ionica). Un rivelatore registra l’intensità dei segnali, generando uno spettro di massa che identifica e quantifica le specie presenti.
Il campione (solitamente metallico) viene eccitato con una scarica elettrica in una scintilla o arco. Gli atomi e ioni eccitati emettono radiazioni luminose caratteristiche, che passano attraverso un sistema ottico (reticolo di diffrazione e detector). Lo spettro ottenuto indica la presenza e la concentrazione degli elementi.
Gli spettrometri OES sono strumenti di alta tecnologia venduti da produttori specializzati come GNR Analytical Instruments Group. Si possono acquistare direttamente dall’azienda o tramite la rete di distributori internazionali.
Il costo varia molto a seconda del modello. Indicativamente, un spettrometro a emissione ottica può costare dalle decine alle centinaia di migliaia di euro, in base a configurazione, numero di canali ottici e prestazioni richieste.
